ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ kit ΒΑΣΙΚΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΣΕΡΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ kit ΒΑΣΙΚΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ : ΠΑΥΛΙΔΟΥ ΕΛΕΝΗ (1953) ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : Δρ. ΤΣΙΤΣΟΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ (ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ) ΣΕΡΡΕΣ, ΜΑΪΟΣ 2013

1

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους με βοήθησαν να καταφέρω να ξεκινήσω τις σπουδές μου και να μπορέσω να τις ολοκληρώσω και ειδικότερα : τον αρραβωνιαστικό μου, ο οποίος με βοήθησε πάρα πολύ με τις σπουδές μου. τον Αναπληρωτή Καθηγητή Δρ. Τσίτσο Στυλιανό, ο οποίος ήταν πάντα διαθέσιμος για οποιοδήποτε πρόβλημα ή απορία μου σχετικά με την εκπόνηση της πτυχιακής μου εργασίας. Όλους τους Καθηγητές του τμήματος Πληροφορικής και Επικοινωνιών για τις γνώσεις που μου παρείχαν όλα αυτά τα χρόνια που ήμουν στο Τ.Ε.Ι. 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ο Κεφάλαιο : Σήματα και κώδικες 1.1 Χαρακτήρες και σύμβολα 5 1.2 Σήματα και κώδικες 6 1.3 Δίκτυα: Μια προοπτική συστημάτων 7 1.4 Μετάδοση, μεταγωγή και σηματοδοσία 9 1.5 Το υπέρ - δίκτυο 10 1.6 Δημόσια και ιδιωτικά δίκτυα 11 1.7 Μια προοπτική των συστημάτων Το τηλεφωνικό δίκτυο 12 1.8 Μια προοπτική συστημάτων Το έξυπνο δίκτυο 13 1.9 Ψηφιακοί κόμβοι διασύνδεσης 15 2 ο Κεφάλαιο : Ηλεκτρονικά συστήματα μεταγωγής 2.1 Μεταγωγή με διαίρεση χρόνου 17 2.1.1 Βασικές αρχές 17 2.1.2 Εναλλαγή χρονοθυρίδων 18 2.1.3 Παράδειγμα ενός ψηφιακού συστήματος μεταγωγής TST (time, space and time) 20 2.1.4 Άλλοι τρόποι μεταγωγής 22 2.2 Ιδιωτικά τηλεφωνικά κέντρα (Private branch exchanges) 23 2.3 Αξιολόγηση της μεταγωγής 24 3 ο Κεφάλαιο : Επικοινωνίες δεδομένων 3.1 Τηλεφωνικό δίκτυο dial-up 26 3.2 Κώδικας ASCII 27 3.3 Μεταγωγή μηνυμάτων και πακέτων 28 3.4 Πρωτόκολλα και πρότυπα 30 3.5 Το Διαδίκτυο (Internet) 32 3.6 Δίκτυα πακέτων 33 3

3.7 ISDN 33 3.8 ADSL 35 3.9 Τοπικά δίκτυα δεδομένων 36 3.10 Σύγκριση διαφόρων μορφών πληροφορίας 39 3.11 Επικοινωνία δεδομένων - αξιολόγηση 40 4 ο Κεφάλαιο : Ασκήσεις ΑΣΚΗΣΗ 1 : Επικοινωνία με τηλέγραφο 41 ΑΣΚΗΣΗ 2 : Τηλεφωνική επικοινωνία 45 ΑΣΚΗΣΗ 3 : Συχνότητα και Ένταση 49 ΑΣΚΗΣΗ 4 : Φως, laser και οπτική ίνα 54 ΑΣΚΗΣΗ 5 : Οπτική Επικοινωνία 60 4

1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Σήματα και κώδικες 1.1 Χαρακτήρες και Σύμβολα: Επικοινωνία είναι η μεταφορά της πληροφορίας και παίρνει πολλές μορφές. Η επικοινωνία μπορεί να συμβεί μεταξύ ανθρώπων, μηχανών, ανθρώπου και μηχανής και αντίστροφα. Η επικοινωνία μπορεί να είναι άμεση ή έμμεση. Για να επικοινωνήσουμε χρησιμοποιούμε διάφορα σύμβολα. Για παράδειγμα, στην λεκτική επικοινωνία, τα σύμβολα είναι οι συλλαβές με τις οποίες μιλάμε και συνθέτουν τις λέξεις και τις προτάσεις. Εκφράσεις του προσώπου είναι επίσης σύμβολα, που δηλώνουν συμφωνία, θυμό, χαρά και ούτω καθεξής. O άνθρωπος πάντα φιλοδοξούσε να αυξήσει την ικανότητά του να επικοινωνεί πέρα από τα όρια της εικόνας και του ήχου. Πολλές διαφορετικές συσκευές έχουν τεθεί σε αυτή τη χρήση. Αυτές οι συσκευές απαιτούν την χρήση των πρόσθετων συμβόλων. Οι προϊστορικοί άνθρωποι ζωγράφιζαν εικόνες στους τοίχους των σπηλιών για να περιγράψουν τις εμπειρίες τους. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι και οι Κινέζοι χρησιμοποίησαν εικόνες σαν να γράφουν σύμβολα (ιερογλυφικά). Με αυτή την εφεύρεση η γραφή σύντομα έγινε η πιο δημοφιλής μορφή της επικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων και εξακολουθεί να είναι. Η γραφή χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφοριών (γράμματα, βιβλία και εφημερίδες). Χρησιμοποιείται επίσης για την αποθήκευση πληροφοριών (βιβλία, εγκυκλοπαίδειες και βιβλιοθήκες). Τα γράμματα και τα βιβλία έχουν ένα πλεονέκτημα σε σχέση με άλλες μεθόδους επικοινωνίας και αυτό έγκειται στο τεράστιο ποσό των πληροφοριών που μπορούν να μεταφέρουν. Ωστόσο, η απάντηση σε αυτά είναι αργή. Αυτό απαιτεί από εμάς να χρησιμοποιήσουμε έναν ταχυδρόμο ή έναν αγγελιοφόρο και ένα όχημα. Εταιρείες, όπως η άγρια δυτική Pony Express έχουν ήδη ιδρυθεί εδώ και πολύ καιρό, για να δώσουν μια ταχεία και αποτελεσματική υπηρεσία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Σήμερα αυτές οι ιδιωτικές εταιρείες ταχυμεταφορών διατηρούν στόλους οχημάτων και αεροπλάνων. Ο άνθρωπος χρησιμοποιεί πρόσθετες μεθόδους για τη βελτίωση του χρόνου απόκρισης. Πυρκαγιές, οι οποίες θα μπορούσαν να φαίνονται από μακριά, ανάβονταν στις κορυφές των βουνών για να μεταφέρουν σημαντικά μηνύματα. Οι Ινδιάνοι της Αμερικής χρησιμοποιούσαν σήματα καπνού για να επικοινωνούν από απόσταση. Οι Αφρικανοί χρησιμοποιούσαν τύμπανα. Τα πλοία και τα στρατεύματα χρησιμοποιούσαν σημαίες ή ειδικούς μοχλούς, που ονομάζονται σηματοφορείς. Η επικοινωνία στον Δυτικό κόσμο αναπτύχθηκε ραγδαία με την ανακάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας και από τις ηλεκτρικές εφευρέσεις. Ο Samuel Morse ανέπτυξε τον τηλέγραφο, ο οποίος λειτουργεί βάσει της αρχής του κουμπιού λειτουργίας ενός απομακρυσμένου κουδουνιού. Για να μεταφέρει τα μηνύματα, ο Morse είχε αναπτύξει έναν κώδικα σημάτων που αποτελείται από σύντομους δακτύλιους και μεγάλους δακτύλιους (τελείες και παύλες). Αργότερα, ένα μολύβι που συνδέεται με ένα μοχλό συνδέθηκε με έναν ηλεκτρομαγνήτη, για να επισημαίνονται οι τελείες και οι παύλες σε μια κινούμενη λωρίδα χαρτιού. Ο κώδικας Morse έγινε πολύ δημοφιλής και χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα, με συσκευές σημάτων, όπως: λάμπες σήματος οι οποίες χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία μεταξύ των πλοίων στη θάλασσα, ασύρματη σηματοδότηση και άλλα. 5

Στο επόμενο στάδιο ανάπτυξης της επικοινωνίας, ήρθε το τηλέφωνο, το ραδιόφωνο και η τηλεόραση, η οποία επανήλθε στην άμεση επικοινωνία, στην οποία δεν απαιτείται κανένα ενδιάμεσο σύμβολο. Την ίδια στιγμή η ανάγκη για ταχεία γραπτή επικοινωνία αύξησε την επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών, μεταξύ μηχανών και ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Οι μεγαλύτεροι καταναλωτές αυτής της μορφής επικοινωνίας ήταν οι εφημερίδες και διάφορες χρηματοπιστωτικές αγορές (για συναλλαγές σε μετοχές, νομίσματα, εμπορεύματα και υλικά). Πρώτος ήταν ο τηλέγραφος του Morse. Στη συνέχεια, ήρθαν τα τηλέτυπα. Το τηλέτυπο ήταν ένα είδος γραφομηχανής. Κάθε πλήκτρο πίεζε μια ταινία χαρτιού και έκανε διάτρητες τρύπες, σε διάφορους συνδυασμούς, ανάλογα με τους χαρακτήρες. Κάθε συνδυασμός αντιστοιχούσε με ένα χαρακτήρα. Αυτές οι τρύπες μετατρέπονταν σε ηλεκτρικά σήματα που αντιστοιχούσαν σε «ύπαρξη ρεύματος / μη-ύπαρξη ρεύματος». Στο δέκτη, τα ρεύματα αυτά μετατρέπονταν σε σήματα για τη λειτουργία μιας αυτόματης ηλεκτρικής γραφομηχανής, η οποία εκτύπωνε τα μηνύματα. 1.2 Σήματα και κώδικες Το τηλέτυπο ήταν η αρχή της δυαδικής επικοινωνίας. Κατέστη σαφές ότι είναι ευκολότερο και πιο αξιόπιστο να οικοδομήσουμε ένα ηλεκτρονικό σύστημα το οποίο μπορεί να εντοπίσει δύο καταστάσεις «ύπαρξη ρεύματος / μη-ύπαρξη ρεύματος», «ύπαρξη τάσης / μη-ύπαρξη τάσης», «ανοικτός διακόπτης / κλειστός διακόπτης». Αυτές οι καταστάσεις ορίστηκαν με τα ψηφία '0 'και '1' και ονομάστηκαν "δυαδικά ψηφία" (Binary Digits) ή απλώς "Bits" (Δυφία). Ο κώδικας τηλετύπου απαιτούσε 5 bits (για μέχρι 5 τρύπες σε μια γραμμή) και ονομαζόταν κώδικας Baudot (Baudot, ένας Γάλλος, ήταν ο εφευρέτης). Τα 5 bits είχαν 2 5 =32 διαφορετικούς συνδυασμούς. Αυτός ο κώδικας είχε τη δυνατότητα να μεταφέρει όλα τα γράμματα του αλφαβήτου, τους αριθμούς και κάποια σημεία στίξης. Κάθε συνδυασμός των δυαδικών όρων (bits) σχηματίζει ένα δυαδικό αριθμό. Οι υπολογιστές χρησιμοποιούν επίσης δυαδική απεικόνιση και δημιουργούν ομάδες των οκτώ bits. Ένας αριθμός που αποτελείται από οκτώ bit ονομάζεται «Byte». Δύο Βyte είναι 16-bit και ονομάζεται "Λέξη". Κάθε κύτταρο μνήμης του υπολογιστή κατέχει ένα byte. Ο αριθμός των bytes που κατέχει μετρά το μέγεθος της μνήμης του υπολογιστή (KB = Kilo Bytes = 1000 bytes). Ο όγκος της επικοινωνίας μεταξύ των υπολογιστών μετριέται σε bits ανά δευτερόλεπτο (bps). Ο άνθρωπος μπορεί να αισθανθεί τα συνεχή σήματα, που ονομάζονται αναλογικά σήματα. Για παράδειγμα, ο ήχος (μέγεθος και συχνότητα), το φως και τα χρώματα, τη θερμοκρασία και ούτω καθεξής. Από την άλλη πλευρά, οι υπολογιστές επεξεργάζονται ψηφιακά σήματα (0 ή 1). Τα πιο σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα ενσωματώνουν έναν υπολογιστή, καθώς είναι πολύ πιο εύκολη και πιο αξιόπιστη η επεξεργασία ψηφιακών πληροφοριών. Όταν λαμβάνεται το σήμα στο σύστημα τότε είναι ένα αναλογικό σήμα (ένα συνεχές σήμα, όπως ο ήχος, η θερμοκρασία ή το φως) και θα μετατρέπεται σε ψηφιακή μορφή. Η συσκευή, η οποία εκτελεί τη μετατροπή, ονομάζεται "ADC - Analog to Digital Converter (μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό)". Εάν το σύστημα πρέπει να παράγει ένα αναλογικό σήμα εξόδου (ρεύμα ή τάση), θα μετατρέπει τον ψηφιακό αριθμό εξόδου σε ένα αναλογικό σήμα χρησιμοποιώντας μία συσκευή που ονομάζεται "DAC - Digital to Analog Converter (μετατροπέας ψηφιακού σήματος σε αναλογικό". 6

Παλιά, τα γραμμόφωνα επεξεργάζονται τα σήματα που λαμβάνονται από τη βελόνα συλλογής, άμεσα. Οι δονήσεις από την εγγραφή μετατρέπονται σε ηλεκτρικό ρεύμα, και τότε ενισχύονται ηλεκτρονικά και τελικά μεταδίδουν τα ηχητικά κύματα μέσω του αέρα. Οι ήχοι αποθηκεύονται ως διακυμάνσεις στις μικροσκοπικές αυλακώσεις επί της πλαστικής επιφάνειας της εγγραφής. Σήμερα, οι ήχοι μετατρέπονται σε δυαδικούς αριθμούς. Τα δυαδικά ψηφία που σχηματίζουν αυτούς τους αριθμούς είναι χαραγμένα μέσα στην επιφάνεια ενός συμπαγούς δίσκου (Compact Disk- CD). Όταν ο δίσκος αναπαράγεται, μια λεπτή δέσμη laser σαρώνει την επιφάνεια. Η επιφάνεια του δίσκου είτε αντανακλά την ακτίνα του laser (σύμβολο '0'), όπου δεν είναι χαραγμένα, είτε δεν αντανακλά την ακτίνα (σύμβολο '1'), όπου είναι χαραγμένο. Οι αποθηκευμένοι δυαδικοί αριθμοί διαβάζονται με αυτόν τον τρόπο και μετατρέπονται σε ήχο. Η δυαδική αποθήκευση απαιτεί λιγότερο χώρο και διατηρεί τα δεδομένα για πολύ περισσότερο καιρό με μεγαλύτερη αξιοπιστία. Πρόσθετα δεδομένα μπορούν να αποθηκεύονται, για παράδειγμα, για να διευκολύνουν τη αυτόματη αναπαραγωγή. Τηλέφωνο, Ραδιόφωνο και Τηλεόραση επίσης μετατράπηκαν σε ψηφιακά μέσα. Τα σήματα μεταφράζονται σε δυαδικούς αριθμούς, επεξεργάζονται ψηφιακά από τον υπολογιστή και μετατρέπονται πάλι σε σήματα, τα οποία οι αισθήσεις μας μπορούν να αντιληφθούν. Οι δυαδικοί αριθμοί επιτρέπουν τα δεδομένα να συμπιεστούν πολύ πιο αποτελεσματικά, αυξάνουν την αξιοπιστία και την δυνατότητα για επιπλέον επεξεργασία των πληροφοριών. Μια εικόνα που δημιουργήθηκε σε έναν υπολογιστή αποτελείται από τελείες που ονομάζονται pixels. Σε μια έγχρωμη εικόνα κάθε pixel αποτελείται από τρία χρώματα - κόκκινο, πράσινο και μπλε (Red, Green and Blue - RGB). Μια συσκευή φαξ, μετατρέπει ένα έγγραφο σε μαύρα και άσπρα pixels, τα οποία μεταδίδονται ως bits. Η υψηλή πυκνότητα των μαύρων pixels δημιουργεί ένα σκοτεινό σημείο. Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο είναι ουσιαστικά άμεση επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών χωρίς τη χρήση χαρτιού ως μέσο. 1.3 Δίκτυα: Μια προοπτική συστημάτων Η ευκολία με την οποία κάθε τηλέφωνο μπορεί να φτάσει οποιοδήποτε άλλο τηλέφωνο είναι πραγματικά ένα θαύμα και περιλαμβάνει ένα πανταχού παρόν δίκτυο, που αποτελείται από πολλά διαφορετικά επίπεδα και με διαφορετική γεωγραφική κάλυψη. Σε ευρύτερο εννοιολογικό επίπεδο, τηλέφωνα, συσκευές τηλεομοιοτυπίας (φαξ) και προσωπικοί υπολογιστές όλοι χρησιμοποιούν και μοιράζονται το ίδιο δίκτυο, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.1, στο οποίο τα σήματα μπορεί να αντιπροσωπεύουν φωνή, δεδομένα και πληροφορίες εικόνας. Μια σειρά από τεχνολογίες συνεργάζονται για να δημιουργήσουν ένα δίκτυο. Τα σήματα φωνής και δεδομένων λειτουργούν έτσι ώστε να φτάσουν μόνο στον προορισμό τους. Σήματα μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω διαφόρων μέσων μετάδοσης.. Το σύνολο των δικτύων που διευκολύνουν την τηλεπικοινωνία από άκρο σε άκρο ελέγχονται από μόνα τους από διάφορα σήματα, τα οποία λένε στις μηχανές μεταγωγής τι συνδέσεις να εκτελέσουν και που να αναθέτουν κανάλια μετάδοσης. Υπάρχει σημαντικός εξοπλισμός και εγκαταστάσεις - εκτός της τηλεφωνικής γραμμής - όταν γίνεται μια τηλεφωνική κλήση. Το τηλεφωνικό μέσο, μαζί με ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλωμάτων μετάδοσης, επιτρέπει σε κάθε τηλέφωνο να συνδεθεί γρήγορα με οποιοδήποτε άλλο τηλέφωνο οπουδήποτε στον πλανήτη Γη. Αυτό το 7

δίκτυο μεταγωγής είναι μια εκτεταμένη διευκόλυνση που επιτρέπει στο κοινό να διεξάγει συνομιλίες φωνής πάνω από σχεδόν οποιαδήποτε απόσταση. Το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο μεταγωγής όχι μόνο συνδέει τηλέφωνα για συνομιλίες φωνής, αλλά μπορεί να συνδέσει ένα τερματικό υπολογιστή σε μια μακρινή ηλεκτρονική τράπεζα δεδομένων, ένα μηχάνημα φαξ σε άλλο μηχάνημα φαξ για να μεταδώσει μια εικόνα ή μια επιστολή κατά μήκος των ωκεανών. Το ίδιο δίκτυο μπορεί να μεταφέρει τον ήχο μιας άρρωστης καρδιάς σε έναν ειδικό πολλά χιλιόμετρα μακριά για εξελιγμένη ανάλυση μέσω υπολογιστή και διάγνωση. Το τηλεφωνικό σύστημα και το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο είναι ευέλικτα μέσα που εξυπηρετούν πολλούς σκοπούς επικοινωνίας. Είναι εδώ σήμερα, διαθέσιμα προς χρήση, κάθε μέρα και σύμφωνα με τις δικές μας ανάγκες και επιθυμίες. Σχήμα 1.1 H υπηρεσία τηλεπικοινωνιών είναι δυνατή μόνο επειδή ένα δίκτυο επιτρέπει σε μια ευρεία ποικιλία συσκευών να επικοινωνούν. Τηλέφωνα, συσκευές φαξ, προσωπικοί υπολογιστές, υπολογιστές μεγάλης υπολογιστικής ισχύος (mainframe), και τοπικά δίκτυα δεδομένων μπορούν να μοιράζονται όλο το δίκτυο και να επικοινωνούν εξ αποστάσεως. Ιστορικά, φωνή, φαξ, και τοπική κυκλοφορία των δεδομένων από τους προσωπικούς υπολογιστές, πραγματοποιείται μέσω του τηλεφωνικού δικτύου, και η μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας έχει μεταφερθεί σε ξεχωριστά δίκτυα δεδομένων, αν και αυτά τα δίκτυα θα μπορούσαν να μοιράζονται κοινές εγκαταστάσεις μετάδοσης. Σήμερα, αυτά τα διαφορετικά είδη κυκλοφορίας συγκλίνουν, και τα τελευταία όρια μεταξύ φωνής και δεδομένων εξαφανίζονται. 8

1.4 Μετάδοση, μεταγωγή και σηματοδοσία Τα σήματα μεταδίδονται μέσω φυσικής απόστασης σε μία ευρεία ποικιλία μέσων μετάδοσης. Σύρματα από χαλκό χρησιμοποιούνται με τη μορφή μονωμένων συρμάτων και ζευγών και με τη μορφή του εξωτερικού αγωγού να τοποθετείται ομοαξονικά γύρω από ένα εσωτερικό αγωγό, το λεγόμενο ομοαξονικό καλώδιο. Τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν μεταξύ πύργων κεραιών που βρίσκονται κατά μήκος της επιφάνειας της γης, αλλά και από τη γη προς τους δορυφόρους επικοινωνίας που βρίσκονται ψηλά πάνω από τον ισημερινό σε γεωστατική τροχιά. Τα μέσα μετάδοσης έχουν μεγάλο κόστος για να εγκατασταθούν σε ολόκληρες ηπείρους και κάτω από ωκεανούς, και ως εκ τούτου, ένα μέσο πρέπει να το χρησιμοποιούν πολλοί χρήστες και τα αντίστοιχα σήματά τους. Πολλά σήματα συνδυάζονται μεταξύ τους μέσω της πολυπλεξίας. Πολυπλεξία μπορεί να επιτυγχάνεται δίνοντας σε κάθε σήμα μοναδική ζώνη συχνότητας (μια τεχνική που ονομάζεται πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας), ή με τη μετατροπή του σήματος σε ψηφιακή μορφή και κατόπιν ανάθεση συγκεκριμένης θέσης σε μια χρονική ακολουθία σε κάθε σήμα (μια τεχνική που ονομάζεται πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου). Ένας χρήστης του δικτύου επικοινωνιών θα πρέπει να επικοινωνήσει μόνο με έναν άλλο χρήστη. Έτσι, το σήμα επικοινωνίας που παράγεται από το χρήστη πρέπει να μεταδοθεί και να συνδεθεί μόνο στον άλλο χρήστη. Αυτό το είδος της τηλεφωνικής επικοινωνίας (ένας προς έναν) την κάνει να διαφέρει από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης που χρησιμοποιούν το είδος της μαζικής εκπομπής, όπως η τηλεόραση και ραδιοφωνικές εκπομπές. Η σύνδεση των σημάτων από έναν χρήστη με έναν άλλο επιτυγχάνεται με την μεταγωγή του σήματος, καθώς οδεύει από μια θέση σε άλλη. Αρχικά, οι τηλεφωνικές κλήσεις μεταφέρονταν με φυσική σύνδεση καλωδίων, για να μπορεί να δημιουργηθεί μια άμεση ηλεκτρική σύνδεση από το ένα τηλέφωνο στο άλλο που θα μπορούσε να διατηρηθεί για όλη τη διάρκεια της κλήσης. Αυτός ο τύπος μεταγωγής ονομάζεται μεταγωγή κυκλώματος. Σήμερα οι περισσότερες μεταγωγές στο τηλεφωνικό δίκτυο επιτυγχάνονται με τη σύνδεση των κατάλληλων ψηφιακών bits από το ένα κύκλωμα στο άλλο (μία μορφή εικονικού κυκλώματος μεταγωγής διότι μια εικονική σύνδεση διατηρείται σε όλη τη διάρκεια της κλήσης). Ένα μεγάλο μέρος της κυκλοφορίας δεδομένων αποτελείται από σύντομες ριπές. Είναι απαραίτητο να μεταδοθεί η σύντομη ριπή δεδομένων από την πηγή προς τον προορισμό, αλλά δεν υπάρχει ανάγκη να διατηρηθεί μια πλήρης σύνδεση για όλη τη διάρκεια επικοινωνίας των δεδομένων. Μια σύντομη ριπή δεδομένων μπορεί να εντοπισθεί σε κάθε προορισμό και σε κάθε πηγή και να ενεργοποιηθεί βαθμιαία κατά μήκος ενός δικτύου καθώς αυτή ταξιδεύει προς τον προορισμό της. Αυτό το είδος των δεδομένων μεταγωγής ονομάζεται μεταγωγή πακέτων και αποτελεί τη βάση για internet σήμερα. Η φωνητική τηλεφωνία και τα δεδομένα θα μπορούσαν να ενσωματωθούν μεταξύ τους στο μέλλον, με την ανάπτυξη των δικτύων μεταγωγής πακέτων στα οποία η φωνή χωρίζεται σε μικρά σταθερού μήκους πακέτα (είναι μια μορφή μεταγωγής που ονομάζεται ασύγχρονος τρόπος μεταφοράς, ΑΤΜ). Τα τηλεφωνικά δίκτυα εκτελούν την μεταγωγή και την μετάδοση μετά από εντολές και οδηγίες που εκδίδονται από ένα δίκτυο ελέγχου, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.2. Τα συστήματα μεταγωγής σε ένα δίκτυο πρέπει να καθοδηγούνται ως προς το ποια σύνδεση να κάνουν, οι χρήστες πρέπει να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν το δίκτυο ανάλογα με την εφαρμογή και οι κόμβοι μετάδοσης θα πρέπει να διαφοροποιηθούν ανάλογα με ποια κυκλώματα είναι σε αδράνεια ή σε χρήση. Αυτή η πλευρά του ελέγχου του τηλεφωνικού δικτύου ονομάζεται σηματοδοσία. Σημαντικές πρόοδοι έχουν γίνει στην σηματοδοσία και πολλά από τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με "έξυπνα" δίκτυα καθίστανται δυνατά από τη σύγχρονη τεχνολογία σηματοδοσίας. Η πραγματική μεταγωγή και μετάδοση της κίνησης των πελατών γίνεται μέσω ενός δικτύου μεταφοράς. Τα δίκτυα μεταφοράς μπορεί να είναι φυσικές εγκαταστάσεις. 9

Σχήμα 1.2 Η μεταφορά των σημάτων πραγματοποιείται υπό τις εντολές ενός δικτύου ελέγχου. Η έκδοση εντολών που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του τηλεφωνικού δικτύου ονομάζεται σηματοδοσία. 1.5 Το υπερ-δίκτυο Υπό την ευρύτερη έννοια, ο όρος «δίκτυο» σημαίνει οποιοδήποτε μέσο για τη σύνδεση ατόμων μεταξύ τους. Το τηλεφωνικό δίκτυο συνδέει μία τηλεφωνική γραμμή με μια άλλη. Τηλέφωνα, συσκευές τηλεομοιοτυπίας, και μόντεμ μπορούν να συνδεθούν με τις τηλεφωνικές γραμμές διευκολύνοντας έτσι τις επικοινωνίες μεταξύ των ανθρώπων είτε με την ομιλία είτε με την εικόνα και μεταξύ ανθρώπων και υπολογιστών. Δεδομένου ότι ο όρος «δίκτυο» σημαίνει κάθε μέσο σύνδεσης, τα καλώδια τηλεφώνου στο σπίτι μας αποτελούν εγκαταστάσεις ενδο-δικτύου, τα καλώδια από το σπίτι μας στην κοντινότερη τηλεφωνική εταιρεία μεταγωγής προς ένα άλλο δίκτυο και οι μεγάλης απόστασης εγκαταστάσεις του απομακρυσμένου μεταφορέα, διαμορφώνουν ένα ακόμη δίκτυο. Το τηλεφωνικό δίκτυο είναι έτσι ένα σύνολο δικτύων (υπερ-δίκτυο), όπως απεικονίζεται στο σχήμα 1.3. Όλα αυτά τα διαφορετικά δίκτυα πρέπει να συνεργάζονται απρόσκοπτα όταν χρησιμοποιούν το τηλεφωνικό δίκτυο - με την ευρύτερη έννοια, συνδέουν ανθρώπους μεταξύ τους. Ορισμένα από τα δίκτυα καθορίζονται από την γεωγραφία της τεχνολογίας, όπως είναι τα καλώδια μέσα σε ένα σπίτι ή ένα κτίριο γραφείων. Τα τοπικά ζεύγη καλωδίων χαλκού που συνδέουν τα σπίτια με το τοπικό γραφείο της τηλεφωνικής εταιρείας διαμορφώνουν ένα τοπικό δίκτυο που διαμορφώνεται από την τοπική αρχιτεκτονική της τεχνολογίας. Δίκτυα μεγάλων αποστάσεων καλύπτουν μία ήπειρο και επίσης διαμορφώνονται και καθορίζονται από τη γεωγραφία. Άλλα δίκτυα ορίζονται ως επί το πλείστον με θέματα πολιτικής που καθορίζεται από κυβερνητικές υπηρεσίες. Οι τοπικές περιοχές υπηρεσιών του τηλεφωνικού συστήματος ονομάζονται περιοχές τοπικής πρόσβασης και μετάδοσης (ΤΠΠΜ). Οι κλήσεις εντός των ΤΠΠΜ αναφέρονται ως αστικές κλήσεις, ενώ οι κλήσεις μεταξύ των ΤΠΠΜ, αναφέρονται ως υπεραστικές κλήσεις. Ένα τοπικό τηλεφωνικό κέντρο ονομάζεται exchange (ανταλλαγή). Αυτή η ορολογία έχει τις ρίζες της στην πρώιμη τηλεφωνικής υπηρεσίας, όπου οι άνθρωποι οι οποίοι χειρίζονταν το τοπικό τηλεφωνικό κέντρο αντάλλασαν γραμμές, σχηματίζοντας έτσι τις φυσικές συνδέσεις. Σήμερα, σε ένα τηλεφωνικό δίκτυο, μπορούν να υπάρχουν τα αστικά και υπεραστικά τηλεφωνικά κέντρα. 10

Σχήμα 1.3 Το υπερ-δίκτυο αποτελείται από πολλά ξεχωριστά δίκτυα, τα οποία μπορεί να είναι δίκτυα εντός επιχειρήσεων, τοπικά, ασύρματα, αστικά, υπεραστικά και διεθνή δίκτυα. Τα τηλεοπτικά σήματα που μεταφέρονται με ομοαξονικά καλώδια σε σπίτια, αποτελούν την καλωδιακή τηλεόραση. Αυτή περιλαμβάνει δίκτυα, που σχηματίζονται από ομοαξονικά καλώδια που είναι διαμορφωμένα υπό μορφή αρχιτεκτονικής δέντρου με κορμούς και κλαδιά, που τελικά καταλήγουν στον αποκωδικοποιητή καλωδιακής, που συνδέεται με τον δέκτη τηλεόρασης στο σπίτι. Το δίκτυο καλωδιακής τηλεόρασης, σε αντίθεση με το τηλεφωνικό δίκτυο και τα δίκτυα δεδομένων, είναι μονόδρομο και δεν αλλάζει. Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει στο μέλλον με τις νέες τεχνολογικές εξελίξεις, καθώς τα καλωδιακά δίκτυα του μέλλοντος θα μπορούσαν να αλλάξουν (αμφίδρομα δίκτυα), ενσωματώνοντας την μεταφορά φωνής, δεδομένων και βίντεο. 1.6 Δημόσια και ιδιωτικά δίκτυα Τα εικονικά δίκτυα χρησιμοποιούνται από μεγάλες επιχειρήσεις ως υποκατάστατο για τη δημιουργία και διατήρηση των ιδιωτικών, φυσικών δικτύων τους. Δεκαετίες πριν, οι επιχειρήσεις μίσθωναν κυκλώματα ιδιωτικών γραμμών από την βασική εταιρεία τηλεφωνίας, για να δημιουργήσουν τα δικά τους ιδιωτικά δίκτυα για εσωτερική χρήση από τους υπαλλήλους τους, συνδέοντας συνήθως τις διάφορες επιχειρησιακές θέσεις. Τα κυκλώματα αυτά μπορούσαν να είναι ιδιωτικές γραμμές βαθμίδων φωνής (VGPL), γραμμές υψηλής ταχύτητας δεδομένων ή εάν η κίνηση ήταν επαρκής, μια ειδική ψηφιακή γραμμή ικανή να μεταφέρει κυκλώματα 24 καναλιών φωνής. Ένα εικονικό δίκτυο δημιουργείται ως υποδίκτυο του δημόσιου δικτύου, γεγονός που σημαίνει ότι η δημόσια και ιδιωτική επικοινωνία μεταφέρονται πάνω από το ίδιο φυσικό δίκτυο, αν και χωρίζονται σε εικονικό χώρο. Το τηλεφωνικό δίκτυο, όπως προαναφέρθηκε, είναι κύκλωμα (ή εικονικό κύκλωμα) μεταγωγής. Δεδομένου ότι το τηλεφωνικό δίκτυο είναι διαθέσιμο σε όλους, έχει γίνει γνωστό ως το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο μεταγωγής (PSTN). Εδώ, ο όρος «μεταγωγή» χρησιμοποιείται σε αντίθεση με τα δίκτυα που έχουν δημιουργηθεί από γραμμές, οι οποίες μισθώνονται και δεν υφίστανται μεταγωγή. Σήμερα, τα ιδιωτικά δίκτυα υφίστανται μεταγωγή και μοιράζονται τον χώρο με τα δημόσια δίκτυα στις ίδιες φυσικές εγκαταστάσεις. 11

1.7 Μια προοπτική των συστημάτων το τηλεφωνικό δίκτυο Το πιο ορατό στοιχείο της τηλεφωνικής υπηρεσίας, ή της τηλεφωνίας, είναι η ίδια η τηλεφωνική συσκευή. Όλες οι τηλεφωνικές συσκευές στο σπίτι ή την επιχείρηση συνδέονται με καλώδια που αναφέρονται ως εσωτερική καλωδίωση. Οι τηλεφωνικές συσκευές, μαζί με άλλες τέτοιες συσκευές όπως τις συσκευές τηλεομοιοτυπίας και τους τηλεφωνικούς αυτόματους τηλεφωνητές, αναφέρονται ως εξοπλισμός εγκαταστάσεων πελατών (CPE - Customer Premises Equipment). Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.4, όλη η εσωτερική καλωδίωση συγκεντρώνεται μέσα στις εγκαταστάσεις του πελάτη σε κάποιο κεντρικό σημείο. Αυτό το κεντρικό σημείο συνδέεται στη συνέχεια με ένα μόνο ζεύγος συρμάτων, το οποίο ονομάζεται τοπικός βρόχος, το οποίο συνδέει τις εγκαταστάσεις με μια μακρινή κεντρική τοποθεσία που μπορεί να είναι ένας κατανεμητής ή ένα τηλεφωνικό κέντρο. Η εσωτερική καλωδίωση και ο εξοπλισμός πελατών προστατεύονται από επικίνδυνες τάσεις, όπως είναι αυτές που προκαλούνται από κεραυνούς, από ένα προστατευτικό μπλοκ (protector block) το οποίο βρίσκεται στο σημείο της σύνδεσης της εσωτερικής καλωδίωσης στον τοπικό βρόχο. Ο τοπικός βρόχος ονομάζεται έτσι επειδή υπάρχουν δύο καλώδια, τα οποία κατά τη διάρκεια των πρώτων ημερών της τηλεφωνίας ήταν εμφανή, σχηματίζοντας μια σύνδεση βρόχου. Τα ζεύγη καλωδίων πολλών τοπικών βρόχων από πολλές εγκαταστάσεις συνδυάζονται μαζί σε ένα παχύ καλώδιο. Το καλώδιο μπορεί να στερεωθεί σε τηλεφωνικούς θαλάμους ή υπόγεια. Όλα τα καλώδια από μια τοπική περιοχή καταλήγουν στο τηλεφωνικό κέντρο που εξυπηρετεί όλες τις εγκαταστάσεις που υπάγονται στη δικαιοδοσία του. Σχήμα 1.4 Δομή τηλεφωνικού δικτύου. Ο εξοπλισμός στο τηλεφωνικό κέντρο παρέχει πολλές χρήσιμες λειτουργίες, όπως έναν ήχο κλήσης για να σηματοδοτήσει στον τηλεφωνικό χρήστη ότι η συσκευή είναι έτοιμη για να αρχίσει την κλήση. Η συσκευή λαμβάνει τον αριθμό που καλείται, τον ερμηνεύει, και αρχίζει τα αναγκαία βήματα για να γίνει η σύνδεση κατά την οποία θα συμβεί η τηλεφωνική συνομιλία. 12

Αν ο καλούμενος εξυπηρετείται από το ίδιο τηλεφωνικό κέντρο, η σύνδεση γίνεται αμέσως και πιο απλά. Αν ο καλούμενος βρίσκεται εντός της ίδιας άμεσης γεωγραφικής περιοχής, αλλά εξυπηρετείται από ένα άλλο τηλεφωνικό κέντρο, η σύνδεση γίνεται αρχικά μέσω των ζευκτικών γραμμών που συνδέουν τα τηλεφωνικά κέντρα και στη συνέχεια η τελική σύνδεση γίνεται στο τηλεφωνικό κέντρο που εξυπηρετεί τον καλούμενο συνδρομητή. Αν ο καλούμενος βρίσκεται μακριά σε ένα απόμακρο μέρος του κράτους ή σε άλλο κράτος, τότε η συσκευή στο τηλεφωνικό κέντρο του καλούντος θα κάνει μια σύνδεση με το υπεραστικό δίκτυο. Ο εξοπλισμός και οι εγκαταστάσεις στο υπεραστικό δίκτυο θα δημιουργήσουν ένα κύκλωμα το οποίο συνδέεται με το μακρινό τηλεφωνικό κέντρο που εξυπηρετεί τον καλούμενο, όπου θα συμβεί η τελική σύνδεση. Όλο αυτό συμβαίνει τυπικά μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Κατά τη διάρκεια των πρώτων ημερών της τηλεφωνίας (και σήμερα, επίσης), ορίστηκε μία σταθερή (flat rate) χρέωση, που επιτρέπει στον καλούντα να κάνει απεριόριστες κλήσεις μέσα σε μια τοπική περιοχή. Κλήσεις εκτός αυτής της περιοχής χρεώνονται με βάση την απόσταση και τη διάρκεια της κλήσης. Αυτές οι κλήσεις ονομάζονται υπεραστικές και το δίκτυο μεγάλων αποστάσεων ονομάζεται υπεραστικό δίκτυο. Σήμερα, το εθνικό υπεραστικό δίκτυο έχει γίνει η σύνθεση ενός πλήθους ξεχωριστών λειτουργικών εγκαταστάσεων. Τα σημερινά υπεραστικά δίκτυα και τα τοπικά δίκτυα επίσης, ελέγχονται από υπολογιστές και προσφέρουν πολλά εξελιγμένα χαρακτηριστικά έτσι ώστε να καλούνται συχνά έξυπνα δίκτυα. 1.8 Μια προοπτική συστημάτων- το έξυπνο δίκτυο Ένα δίκτυο είναι σε θέση να προσφέρει ευφυή χαρακτηριστικά επειδή τα σήματα ελέγχου μεταφέρονται σε ένα ξεχωριστό αποκλειστικό δίκτυο, που ονομάζεται κοινό κανάλι σηματοδοσίας του δικτύου, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.5. Το κοινό κανάλι σηματοδοσίας του δικτύου είναι ένα ενεργοποιημένο πακέτο και φέρει τα σήματα που ελέγχουν την κίνηση του δικτύου μεταφοράς των συνδρομητών. Σχήμα 1.5 Τα ευφυή δίκτυα προσφέρουν χαρακτηριστικά μέσω της ευελιξίας ενός ξεχωριστού δικτύου σηματοδοσίας κοινού καναλιού, που ελέγχει την μεταγωγή και την κατανομή της τηλεπικοινωνιακής κίνησης των συνδρομητών. 13

Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.6, το δίκτυο σηματοδοσίας επικοινωνεί μεταξύ των επεξεργαστών σήματος που ελέγχουν τα συστήματα μεταγωγής, τα οποία εκτελούν τη μεταγωγή των κυκλωμάτων και των σημάτων στο δίκτυο μεταφοράς που μεταφέρει την κίνηση των πελατών. Η διάταξη μεταγωγής βρίσκεται σε ένα σημείο μεταγωγής υπηρεσίας (SSP-service switching point) και ο επεξεργαστής σήματος βρίσκεται στο σημείο μεταφοράς σημάτων (STP-signal transfer point). Το τοπικό (αστικό) δίκτυο συνδέεται σε μία γραμμή σηματοδοσίας μέσω της διεπαφής σηματοδοσίας και σε ζευκτικές γραμμές στο σημείο παρουσίας (POP-Point Of Presence). Μια βάση δεδομένων με πληροφορίες σχετικές με τους συνδρομητές και τους τηλεφωνικούς αριθμούς τους βρίσκεται σε ένα σημείο ελέγχου υπηρεσίας (SCP-service control point). Αυτή η βάση δεδομένων προσπελαύνεται για να προσδιορίσει πληροφορίες ώστε οι κλήσεις να κατευθύνονται προς τον κατάλληλο προορισμό. Σχήμα 1.6 Η σηματοδοσία του δικτύου επικοινωνεί μεταξύ των επεξεργαστών σήματος που ελέγχουν τα συστήματα μεταγωγής, τα οποία εκτελούν τη μεταγωγή των κυκλωμάτων και σημάτων στο δίκτυο μεταφοράς που μεταφέρει την κίνηση των συνδρομητών. Το σύστημα μεταγωγής βρίσκεται στο SSP, και ο επεξεργαστής σήματος βρίσκεται στο STP. 14

1.9 Ψηφιακοί κόμβοι διασύνδεσης (Digital cross-connects) Κατά την πρώιμη τηλεφωνία οι ζευκτικές γραμμές, μερικές φορές έπρεπε να διασυνδέονται. Οι διασυνδέσεις γίνονταν με καλώδια τα οποία συνέδεαν μία φυσική γραμμή με μία άλλη. Με τις σύγχρονες ψηφιακές ζευκτικές γραμμές που μεταφέρουν χιλιάδες κυκλώματα φωνής, μία τέτοια φυσική διασύνδεση δεν θα ήταν εφικτή. Έτσι εφευρέθηκε η ηλεκτρονική διασύνδεση, για να χειριστεί αυτές τις υψηλής χωρητικότητας ζευκτικές γραμμές. Η πρώτη εφαρμογή στις αρχές του 1980 στις Η.Π.Α., ονομάστηκε σύστημα ψηφιακής πρόσβασης και διασύνδεσης (DACSdigital access and cross-connect system). Σήμερα, ονομάζεται ψηφιακό σύστημα διασύνδεσης (DCS- digital cross-connect system). Ένα μέσο μετάδοσης που μεταφέρει την κίνηση των συνδρομητών μπορεί να είναι διασυνδεθεί με ένα άλλο μέσο, συνήθως σε μεγαλύτερο επίπεδο κίνησης, μέσω ενός ψηφιακού συστήματος διασύνδεσης. Οι ψηφιακές διασυνδέσεις λαμβάνουν οδηγίες από τα δικά τους δίκτυα μεταγωγής πακέτων (σχήμα 1.7) υπό την καθοδήγηση μιας οθόνης παρακολούθησης και ενός συστήματος ελέγχου (FMCSfacility monitor and control system). Ένα ψηφιακό σύστημα διασύνδεσης DCS είναι πρωτίστως ένας τρόπος για να εκτελεστεί ηλεκτρονική διασύνδεση, ή ανακατεύθυνση των σημάτων από μία φυσική γραμμή σε μία άλλη. Σήμερα, τέτοιες γραμμές είναι συνήθως οι οπτικές ίνες που μεταφέρουν τα ψηφιακά σήματα (αυτό που είναι γνωστό ως ένα σύγχρονο οπτικό δίκτυο - SONET). Ένα DCS μπορεί να μειώσει τον αριθμό των φυσικών γραμμών (μια εφαρμογή που ονομάζεται «συγχώνευση»), συνδυάζοντας κανάλια από έναν αριθμό φυσικών γραμμών επάνω σε μία ενιαία γραμμή. Τα κανάλια μπορούν να ομαδοποιηθούν σε μία γραμμή (μια εφαρμογή γνωστή ως «τακτοποίηση»). Ένας αριθμός καναλιών μπορούν να συνδυαστούν (ή να πολυπλεχθούν) επί μίας γραμμής υψηλότερης ταχύτητας. Οι μεγάλες μητροπολιτικές περιοχές εξυπηρετούνται από δίκτυα που έχουν διαμορφωθεί υπό μορφή μεγάλων δακτυλίων, ή βρόχων, έτσι ώστε μια διακοπή σε ένα τμήμα ενός δακτυλίου μπορεί να παρακαμφθεί μεταβαίνοντας γύρω από μια άλλη κατεύθυνση του δακτυλίου. Με τον τρόπο αυτό, η υπηρεσία μπορεί γρήγορα να αποκατασταθεί σε περίπτωση διακοπής. Η διατήρηση του υψηλού βαθμού ποιότητας των υπηρεσιών είναι απαραίτητη, δεδομένης της κρίσιμης σημασίας των τηλεπικοινωνιών στο σημερινό κόσμο. Η διακοπή λειτουργίας της υπηρεσίας πρέπει να αποφεύγεται, και εφόσον συμβεί, η υπηρεσία θα πρέπει να επανασυνδεθεί το συντομότερο δυνατό χρονικό διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι τα κυκλώματα πρέπει να είναι διασυνδεδεμένα από τη μία εγκατάσταση στην άλλη με ένα δυναμικό τρόπο και αυτό επιτυγχάνεται με τα ψηφιακά συστήματα διασύνδεσης που βρίσκονται σε όλο το δίκτυο. 15

Σχήμα 1.7 Οι συνδέσεις μετάδοσης που μεταφέρουν την κίνηση των συνδρομητών εμφανίζονται ως συνεχείς γραμμές. Οι χοντρές διακεκομμένες γραμμές αντιπροσωπεύουν το κοινό κανάλι σηματοδοσίας, το οποίο δίνει οδηγίες στα συστήματα μεταγωγής στα SSPs. Οι λεπτές διακεκομμένες γραμμές αντιπροσωπεύουν σηματοδοσία μεταξύ των DCSs. 16

2 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ηλεκτρονικά Συστήματα μεταγωγής Εισαγωγή Στην πιο γενική έννοια, η ηλεκτρονική μεταγωγή αναφέρεται στη χρήση ενός προγραμματιζόμενου ηλεκτρονικού ψηφιακού υπολογιστή για τον έλεγχο της λειτουργίας του συστήματος μεταγωγής, όπου η μεταγωγή των κυκλωμάτων, μπορεί να γίνει με διαίρεση χώρου ή με διαίρεση χρόνου. Η μεταγωγή διαίρεσης χρόνου είναι επίσης γνωστή ως ψηφιακή μεταγωγή. 2.1 Μεταγωγή με διαίρεση χρόνου 2.1.1 Βασικές αρχές Στη μεταγωγή με διαίρεση χρόνου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.1, χωριστές συνομιλίες μοιράζονται την ίδια ηλεκτρική διαδρομή διαμέσου του συστήματος μεταγωγής, αλλά διαχωρίζονται στο χρόνο. Στην ουσία, η διαδρομή είναι διαμοιρασμένη χρονικά. Κάθε συνομιλία υφίσταται δειγματοληψία και οι τιμές των δειγμάτων για κάθε συνομιλία «πακετάρονται» μαζί πάνω από την κοινόχρηστη διαδρομή, για μετάδοση. Στο σημείο προορισμού, οι τιμές των δειγμάτων διαχωρίζονται και δρομολογούνται στην κατάλληλη συνομιλία. Σαφώς, η μεταγωγή διαίρεσης χρόνου είναι η πλέον κατάλληλη για τα σήματα που έχουν υποστεί δειγματοληψία και έχουν ψηφιοποιηθεί. Για το λόγο αυτό, τα συστήματα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου κοινώς ονομάζονται ψηφιακοί διακόπτες. Κατά την μεταγωγή με διαίρεση χώρου, οι διαδρομές των σημάτων ενεργοποιούνται σε φυσικό χώρο. Κατά την μεταγωγή με διαίρεση χρόνου, οι τιμές των δειγμάτων ενός αριθμού σημάτων που μοιράζονται μια κοινή διαδρομή, αναδιοργανώνονται ή μετάγονται ως προς τη χρονική ακολουθία τους. Σχήμα 2.1 Στη μεταγωγή με διαίρεση χρόνου, υπάρχει μια κοινή διαδρομή για πολλά κυκλώματα για πολύ μικρά χρονικά διαστήματα. Σε αυτό το παράδειγμα, το σήμα στο κύκλωμα Α δειγματοληπτείται από ένα διακόπτη δειγματοληψίας, και αυτές οι τιμές δειγματοληψίας διασπείρονται μεταξύ των τιμών δείγματος από το κύκλωμα Β για μετάδοση μέσω μιας κοινής, κοινόχρηστης διαδρομής. Στο άλλο άκρο, οι τιμές των δειγμάτων στιγμιαία συνδέονται με τα κυκλώματα C και D σε μια τέτοια σειρά, έτσι ώστε τα δείγματα από το A κύκλωμα πηγαίνουν στο κύκλωμα D και τα δείγματα από το κύκλωμα Β πηγαίνουν στο κύκλωμα C. 17

2.1.2 Εναλλαγή χρονοθυρίδων Έστω μια διαδρομή μεταδόσεως που μεταφέρει τα σήματα από τέσσερα ψηφιακά κυκλώματα φωνής. Οι ψηφιοποιημένες τιμές των δειγμάτων, Α1, Α2, Α3 και Α4, που αντιστοιχούν στα 4 ψηφιακά κυκλώματα ρέουν σειριακά κατά μήκος της διαδρομής μεταδόσεως με τη σειρά Α1-Α2-Α3-Α4 και ούτω καθεξής, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.2. Τα οκτώ δυαδικά ψηφία της ψηφιακής πληροφορίας, Α1, στην πρώτη χρονοθυρίδα αντιστοιχούν στο πρώτο κύκλωμα, η δεύτερη χρονοθυρίδα αντιστοιχεί στο δεύτερο κύκλωμα και ούτω καθεξής. Αυτή η ροή ψηφιακής πληροφορίας σχηματίζει τα bits εισόδου σε ένα διακόπτη διαίρεσης χρόνου. Η έξοδος από τον διακόπτη είναι ομοίως μία ροή ψηφιακής πληροφορίας. Ωστόσο, η ακολουθία έχει αναδιαταχθεί από τον διακόπτη. Η πρώτη χρονοθυρίδα περιέχει τώρατο Α2, η δεύτερη χρονοθυρίδα περιέχει το Α4, η τρίτη χρονοθυρίδα περιέχει το Α3 και η τέταρτη χρονοθυρίδα περιέχει το Α1. Σχήμα 2.2 Η μεταγωγή διαίρεσης χρόνου επιτυγχάνεται απλά με αναδιάταξη της ακολουθίας της πληροφορίας που περιέχονται στις χρονοθυρίδες σε μια ψηφιακή διαδρομή μετάδοσης. Σε αυτό το παράδειγμα, το κύκλωμα εισόδου Α1 συνδέεται με το κύκλωμα εξόδου Χ4 (το Α2 στο Χ1, το Α3 στο Χ3 και το Α4 στο Χ2). Η τεχνική αυτή ονομάζεται εναλλαγή χρονοθυρίδων (time-slot interchange). Στην πρώτη χρονοθυρίδα, η πληροφορία στην ακολουθία της εξόδου συνδέεται με το πρώτο κύκλωμα εξόδου, το Χ1, η δεύτερη χρονοθυρίδα συνδέεται με το δεύτερο κύκλωμα εξόδου, Χ2 και ούτω καθ' εξής. Έτσι, σε αυτό το παράδειγμα, αφού η πρώτη χρονοθυρίδα στην ακολουθία εξόδου περιέχει το Α2, το δεύτερο κύκλωμα εισόδου έχει στην πραγματικότητα συνδεθεί με το πρώτο κύκλωμα εξόδου, Χ1. Ομοίως, το Α4 έχει συνδεθεί με το Χ2, το Α3 με το Χ3, και το Α1 με το Χ4. Στην περίπτωση αυτή, η μεταγωγή έχει επιτευχθεί με την απλή εναλλαγή της πληροφορίας που περιέχεται στις χρονοθυρίδες. Αυτό ονομάζεται μεταγωγή με διαίρεση χρόνου και επιτυγχάνεται με μια τεχνική που ονομάζεται εναλλαγή χρονοθυρίδων. Δεδομένου ότι τα σήματα που μετάγονται σε ένα σύστημα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου είναι ψηφιακά, τα συστήματα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου μερικές φορές ονομάζονται ψηφιακοί διακόπτες. Η εναλλαγή χρονοθυρίδων εκτελείται μέσω της χρήσης μιας προσωρινής αποθήκευσης που ονομάζεται ενδιάμεση μνήμη. Η πληροφορία που περιέχεται στις χρονοθυρίδες εισόδου εγγράφεται διαδοχικά μέσα στην προσωρινή μνήμη, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.3. Στη συνέχεια η πληροφορία διαβάζεται από τη μνήμη, με διαφορετική ακολουθία που αντιστοιχεί στην επιθυμητή σειρά μεταγωγής. 18

Απαιτείται χρόνος για την γραφή των πληροφοριών στη μνήμη και στη συνέχεια για την ανάγνωση των πληροφοριών από τη μνήμη. Αυτό το χρονικό διάστημα ονομάζεται κυκλικός χρόνος εγγραφής / ανάγνωσης της μνήμης και καθορίζει τον μέγιστο αριθμό των χρονοθυρίδων που μπορούν να αποθηκευτούν στην προσωρινή μνήμη. Η πληροφορία σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία στην προσωρινή μνήμη, συνήθως περιμένει για λίγο πριν την ανάγνωση. Αυτός ο χρόνος αναμονής συμβάλλει στην καθυστέρηση του σήματος. Η μέγιστη καθυστέρηση είναι το συνολικό μήκος του χρόνου του συνόλου των χρονοθυρίδων που αποθηκεύονται στην προσωρινή μνήμη. Επειδή συνήθως οι χρονοθυρίδες για ένα πλήρες πλαίσιο αποθηκεύονται στην προσωρινή μνήμη, η μέγιστη καθυστέρηση είναι το μήκος ενός πλαισίου, το οποίο είναι 1/8000 δευτ. ή 125 μs. Σχήμα 2.3 Η εναλλαγή χρονοθυρίδων εκτελείται μέσω της χρήσης μιας προσωρινής μνήμης εντός της οποίας τα δείγματα εισόδου εγγράφονται σύμφωνα με την ακολουθία που λαμβάνεται. Τα δείγματα στη συνέχεια διαβάζονται από τη μνήμη με μία διαφορετική ακολουθία από έναν προγραμματιζόμενο διακόπτη. Η διάταξη του διακόπτη εξόδου στο παράδειγμα αυτό είναι 2-4-3-1, αναδιατάσσοντας έτσι τα δείγματα εξόδου για να αντιστοιχεί στην μεταγωγή του σχ. 2.2. Συνήθως, ο αριθμός των ψηφιακών κυκλωμάτων που εμπλέκονται σε ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα είναι μεγάλος. Αυτά τα ψηφιακά κυκλώματα προέρχονται από γραμμές ψηφιακής μετάδοσης πάνω στις οποίες, ένας αριθμός από ψηφιακά κυκλώματα έχουν πολυπλεχθεί, μέσω πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου. Εναλλακτικά, τα ψηφιακά κυκλώματα μπορεί να προέρχονται από έναν αριθμό αναλογικών κυκλωμάτων φωνής που έχουν ψηφιοποιηθεί και πολυπλεχθεί σε μία ψηφιακή γραμμή, αποκλειστικά με σκοπό να υποστούν μεταγωγή, σε ένα σύστημα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου. Είτε έτσι είτε αλλιώς, συνήθως εμπλέκονται μια σειρά από φυσικώς ξεχωριστές γραμμές πολυπλεξίας. Επειδή ένα κύκλωμα σε μια γραμμή πολυπλεξίας μπορεί να χρειαστεί να υποστεί μεταγωγή σε ένα κύκλωμα μιας άλλης γραμμής πολυπλεξίας, είναι απαραίτητη κάποια μορφή φυσικής μεταγωγής μεταξύ διαφορετικών ψηφιακών γραμμών πολυπλεξίας. Τέτοια φυσική μεταγωγή επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα διακόπτη χώρου και επομένως τα συστήματα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου περιλαμβάνουν συνήθως ένα συνδυασμό και των δύο διακοπτών, χώρου και χρόνου. Ο διακόπτης χώρου που χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα μεταγωγής με διαίρεση χρόνου είναι συνήθως ένας διακόπτης «πίνακα», ο οποίος πρέπει να μεταβάλλει συνεχώς τις ειδικές συνδέσεις του, ανάλογα με το ποιες χρονοθυρίδες από διαφορετικές φυσικές γραμμές πρέπει να υποστούνμεταγωγή σε άλλες γραμμές. Επειδή αυτός ο διακόπτης χώρου εκτελεί συνεχώς διακοπές στο χρόνο και μοιράζεται από πολλές γραμμές, είναι στην πραγματικότητα ένας διακόπτης χώρου με πολυπλεξία στο χρόνο και ονομάζεται πολυπλεγμένος διακόπτης χώρου. 19